专利名称：具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热模拟炉，特别是涉及一种具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉；属于金属材料热处理技术领域。
背景技术：
百万千瓦超超临界汽轮机转子与核电大锻件是能源动力与核电制造装备中的关键部件，国内还处在试制阶段。中国正在大力发展核电，核电大锻件的热处理技术的重要意义不言而喻。研制开发出具有国际先进水平的超超临界汽轮机转子与核电大锻件热处理模拟设备，实现超超大零件热处理的在线和离线控制及数字模拟，精确控制产品热处理质量， 为超超临界大型汽轮机转子和核电大锻件等超超大零件的可控热处理提供先进装备意义重大。目前，国内对8000吨以上压力机的大型铸锻件的热处理还处在单凭经验制订工艺阶段，往往由于工艺不当，使性能不合格或因淬火残余应力过大引起开裂等。故国内的重型机械厂对大型铸锻件，每件都要试制，工艺周期长，试制材料费用高，现国内开始采用工艺模拟炉进行模拟试验。现有技术中，常规热处理炉存在如下缺点1、常规热处理炉的马弗罐，只是单一的起着隔绝大气加热的作用。存在如下缺点 1、冷却效果差；2、当需要对产品进行热模拟工艺试验时，要求能精确的控制冷却过程中工件温度。这时，普通的马弗罐就无能为力了。2、常规热处理炉的取样结构包括一条伸入炉膛内圆形管，圆形管外设有阀门分隔空气管道。铁丝捆扎工试样，于不同时间段内取出分析。其存在如下缺点是1、可放置的试样数量较少；2、试样的布置受到限制，只能是同一轴线上，试样并不能反映工件的真实状态；3、不能在工艺过程中取出试样。3、常规热处理炉的工件放置方式有两种一种是炉膛内有安放工件的料架或料台，工件直接放置于上面；其缺点是发热元件直接辐射传热给工件；发热元件的分布并不均勻，造成炉内温度的不均勻。另一种是炉膛内有炉罐，炉罐自我封闭，隔绝了罐外气氛； 此种方法虽然能较好的解决了温度均勻性的问题，但对于要求精确控制冷却速度的工艺来说，显得无能为力。综上所述，由于现有设备在温度均勻性、准确性、工艺调节灵活性难以适应要求， 不能在工艺过程中取出试样等缺陷，模拟数据远远不能满足工艺试验要求。而热处理的计算机模拟是一项潜力巨大而又十分复杂的技术，虽经各国学者二十余年的探索，至今仍然远远没有达到成熟的程度，有一系列问题尚需进行持续的深入研究。
发明内容
本发明的目的，是为了解决现有技术中的现有热处理炉存在温度均勻性、准确性、 工艺调节灵活性难以适应要求，不能在工艺过程中取出试样，使得模拟数据远远不能满足工艺试验要求的缺点，提供一种具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，该热模拟炉具有可配套计算机进行数值模拟生产、加热速率可精确控制、冷却速率可精确控制、 冷却速度调节范围大、可于各个阶段中可以取试样作测试，试样量大，不影响炉内温度场、 炉内温度均勻性好、升降温时可对工件表面和内部温度进行监控的特点。本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是1)包括炉壳，设置在炉壳内的炉衬，设置在炉村内腔的均热屏、设置在均热屏顶部开口处的放射型取样装置，以及发热元件、热电隅、冷却管路和控制装置；均热屏的外壁设置若干条均勻分布的均热屏冷却风道、构成具有冷却结构的均热屏；2)在炉衬与均热屏之间形成加热室；在炉衬的底壁上设有炉村及发热元件冷却通道、工件冷却通道，炉村及发热元件冷却通道连通加热室，工件冷却通道连通均热屏的内腔；均热屏冷却风道的入口连接冷却管路之一，炉村及发热元件冷却通道的入口连接冷却管路之二、工件冷却通道连通冷却管路之三，冷却通道与加热室连通，工件冷却通道与均热屏的内腔连通；3)发热元件、热电隅分别设置在加热室中；发热元件的控制输入端、冷却管路的控制输入端和热电偶的输出端分别与控制装置的一个输入/输出端连接；由控制装置控制所述发热元件构成加热控制结构，由控制装置控制冷却管路构成冷却控制结构；热电偶的信号输出端与控制装置的反馈信号输入端连接，由热电偶检测炉内温度并反馈信号到控制装置构成闭环控制结构；由放射型取样装置构成可中途取样结构。本发明的目的还可以通过采取如下技术方案达到本发明的一种实施方案是所述均热屏由均热屏壳体、固定安装在均热屏壳体顶部的第一空心法兰构成；第一空心法兰的内腔分隔成进气腔、隔热腔；在进气腔的侧壁上设有若干个均勻分布的进气孔，在隔热腔中设有保温棉；在均热屏壳体的外壁上设有若干个均勻分布的均热屏冷却风道，均热屏冷却风道的进风口与进气腔连通；在炉壳顶部设有第二空心法兰，第二空心法兰的内腔分隔成进气腔和排气腔，排气腔位于进气腔的外侧，进气腔的进气孔与冷却管路的出气口连接，排气腔的出气口外接空气；第一空心法兰与第二空心法兰之间形成锥面配合，第一空心法兰的进气腔的进气孔与第二空心法兰的进气腔的出气孔连通，第一空心法兰的均热屏冷却风道的出风口与第二空心法兰的排气腔连通。本发明的一种实施方案是放射型取样装置，由顶板、耐火纤维、若干个钢管、底板和压盖构成，顶板通过若干根钢管与底板固定连接，所述耐火纤维设置在顶板与底板之间， 压盖易拆装式安装在顶板上；在顶板、耐火纤维、底板上分别设有十字槽及位于十字槽中心的通孔，十字槽与通孔从上到下贯穿顶板、耐火纤维、底板；放射型取样装置的压盖形成热模拟炉的炉塞。本发明的一种实施方案是所述控制装置包括人机界面、PLC、控温仪表、电力调整器、变频器、鼓风机和执行阀；人机界面的信号输入/输出端与PLC的信号输入/输出端之一连接，人机界面与PLC的信号输入/输出端之间的连接处与控温仪表信号输入端连接， PLC的信号输入/输出端之二与控温仪表的信号输入/输出端连接；PLC的反馈信号输入端与热电偶的反馈信号输出端连接；PLC与控温仪表的信号输入/输出端之间的连接处与电力调整器的信号输入端连接，电力调整器的信号输出端与发热元件的信号输入端连接；PLC 的信号输出端之一与执行阀的信号输入端连接，PLC的信号输出端之二与变频器的信号输入端连接；变频器的信号输出端与鼓风机的信号输入端连接；鼓风机的出风口与冷却管路的进风口连接、执行阀安装在冷却管路上。本发明的一种实施方案是在均热屏中位于工件冷却通道的上方设有均流板，均流板由开有若干个均勻分布的圆形小孔的耐热钢板制成。本发明的一种实施方案是所述炉村及发热元件冷却通道的数量为二条、三条、四条、五条、六条、七条、八条、九条、十条或十二条。本发明的一种实施方案是所述均热屏壳体的形状为空心圆柱状，在均热屏壳体上开有若干个均勻分布的排气孔。本发明的一种实施方案是所述均热屏冷却风道由焊接于壳体均热屏壳体的外壁上的折板构成，其左侧为进风口，右侧为出风口 ；所述均热屏冷却风道的数量为二条、三条、 四条、五条、六条、七条、八条、九条、十条或十二条。本发明的一种实施方案是所述第一空心法兰的进气腔的进气孔的数量为二个、 三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或十二个；第一空心法兰的冷却风道的数量为二条、三条、四条、五条、六条、七条、八条、九条、十条或十二条。本发明的一种实施方案是所述钢管的数量为三个、四个、五个、六个、七个或八个，各钢管均勻分布在顶板与底板之间；各钢管的一端分别与顶板焊接、另一端分别与底板焊接。本发明的有益效果1、本发明采用计算机作为人机对话窗口，操作员通过人机界面对炉子进行操作和监控，计算机通过RS458串口与控温仪表和PLC通讯，控温仪表和PLC接收来自计算机的操作参数和指令来执行控制下位机的控制元件，同时将炉子的运行状态反馈给计算机；电力调整器根据控温仪表的给定信号调整电力输出，实现加热控制功能；PLC按照计算机设置的参数和操作指令控制变频器和执行阀的开与关以及调节其输出量的大小，实现炉子冷却控制功能。因此，可进行数值模拟生产，并建立热处理工艺数据库。2、本发明设置了多路冷却通道，分别为均热屏冷却风道、炉村及发热元件冷却通道、工件冷却通道。各路冷却能力不一样，可满足不同冷却速度的需要。直接冷却工件，冷速最快。冷却马弗罐，速度次之。冷却炉膛冷速较慢。可满足不同冷却速度的需要。直接冷却工件，冷速最快。冷却马弗罐，冷速次之。冷却炉膛冷速较慢。3、本发明的加热、冷速速度准确可控。在冷却管路上配有压力控制元件、流量控制元件，可达到工艺设定的要求。同时，发热元件采用高温合金材料制成，在缓慢的降温过程中，发热元件参与控制，温度补偿与冷却同时进行。各路冷却方式以及加热方式可单独组合使用；也可组合使用，灵活多变。4、本发明通过在均热屏中位于工件冷却通道的上方设有均流板，使得单一气流经过均流板后，变为相互平行的多股气流，使温度下降均勻。无论哪一种控制方式，均可达到均勻的冷却效果。5、本发明设有放射型取样装置，通过在顶板、耐火纤维、底板上分别设有十字槽及位于十字槽中心的通孔，吊挂试样时，将压盖打开，采用铁丝吊挂试样，从位于十字槽中心的通孔进入，沿十字槽向四边移动，最后置于十字槽上。因此，具有以下优点1、可以放置多个试样，最多可达20个；2、试样的布置呈放射形，能反映工件的真实状态；3、由于压盖由多块纤维块组合而成，各纤维块可以单独分拆；当取试样时，可以拿开压盖上对应式样位置的一块纤维块；取样完毕，重新盖上即可；可以任何时间取样，研究晶粒变化过程及不同阶段的状态，同时取样时不影响炉内温度场。6、本发明所述的勻热屏，能够使得工件受热更均勻。本发明所述的勻热屏设置有空心法兰，空心法兰的内腔分隔成进气腔、隔热腔；进气腔使得冷却均热屏的气流更均勻； 且隔热腔使得均热屏与外界的隔热更良好。本发明在均热屏壳体外壁设置了八个冷却风道，在外界功能或输入或停止的情况下，均可通过均热屏壳体上独立冷却功能来调节均热屏内温度。同时，由于冷却风道与配有压力控制元件、流量控制元件的冷却管路连通，具有能够精确控制冷却速度的优点。
图1是本发明具体实施例1的整体结构剖视图。图2是本发明具体实施例1的均热屏的剖视图。图3是本发明具体实施例1的均热屏的仰视图。图4是图2中的E向展开图。图5是本发明具体实施例1的取样装置的剖视图。图6是本发明具体实施例1的底板的仰视图。图7是具体实施例1的控制装置的结构框图。图8是具体实施例1的升温过程的时间-温度曲线图。图9是具体实施例1的升温过程的时间-温度曲线10是具体实施例1的冷却过程的时间-温度曲线图。
具体实施例方式具体实施例参照图1 图7，本实施例包括炉壳1，设置在炉壳1内的炉衬2，设置在炉村2内腔的均热屏3、设置在均热屏3顶部开口处的放射型取样装置4，以及发热元件5、热电隅6、 冷却管路7和控制装置；均热屏3的外壁设置若干条均勻分布的均热屏冷却风道3-4、构成具有冷却结构的均热屏；在炉衬2与均热屏3之间形成加热室11 ；在炉衬2的底壁上设有炉村及发热元件冷却通道2-1、工件冷却通道2-2，炉村及发热元件冷却通道2-1连通加热室11，工件冷却通道2-2连通均热屏3的内腔；均热屏冷却风道3-4的入口连接冷却管路7 之一，炉村及发热元件冷却通道2-1的入口连接冷却管路7之二、工件冷却通道2-2连通冷却管路7之三，冷却通道2-1与加热室11连通，工件冷却通道2-2与均热屏3的内腔连通； 发热元件5、热电隅6分别设置在加热室11中；发热元件5的控制输入端、冷却管路7的控制输入端和热电偶6的输出端分别与控制装置的一个输入/输出端连接；由控制装置控制所述发热元件构成加热控制结构，由控制装置控制冷却管路7构成冷却控制结构；热电偶6 的信号输出端与控制装置的反馈信号输入端连接，由热电偶6检测炉内温度并反馈信号到控制装置构成闭环控制结构；由放射型取样装置4构成可中途取样结构。本实施例中在均热屏3的内部设有装料筐10，装料筐10悬挂于放射型取样装置4的下方。
所述炉衬2由耐热纤维制成。炉衬2的底层为轻质耐火砖，四周及顶部为耐火纤维。参照图1、图2、图3、图4，所述均热屏3由均热屏壳体3_1、固定安装在均热屏壳体 3-1顶部的第一空心法兰3-2构成；第一空心法兰3-2的内腔分隔成进气腔3-2-1、隔热腔 3-2-2 ；在进气腔3-2-1的侧壁上设有若干个均勻分布的进气孔3-2-1，在隔热腔3_2_2中设有保温棉3-3 ；在均热屏壳体3-1的外壁上设有若干个均勻分布的均热屏冷却风道3-4， 均热屏冷却风道3-4的进风口 3-4-1与进气腔3-2-1连通；在炉壳1顶部设有第二空心法兰9，第二空心法兰9的内腔分隔成进气腔9-1和排气腔9-2，排气腔9-2位于进气腔9_1 的外侧，进气腔9-1的进气孔与冷却管路7的出气口连接，排气腔9-2的出气口外接空气； 第一空心法兰3-2与第二空心法兰9之间形成锥面配合，第一空心法兰3-2的进气腔3-2-1 的进气孔3-2-la与第二空心法兰9的进气腔9-1的出气孔连通，第一空心法兰3_2的均热屏冷却风道3-4的出风口与第二空心法兰9的排气腔9-2连通。所述均热屏壳体3-1的形状为空心圆柱状，在均热屏壳体3-1上开有八个均勻分布的排气孔3-1-1，排气孔3-1-1作为壳体内气氛排出的通道。该处是炉内气体排出的地方，当冷却工件时，气体就从此八个排气孔排出炉罐外。所述均热屏冷却风道3-4由焊接于壳体均热屏壳体3-1的外壁上的折板构成，其左侧为进风口 3-4-1，右侧为出风口 3-4-2 ；由进气腔3-2-1输送气体进入至各冷却风道的进风口，再通过排风口将气体排出。在均热屏3中位于工件冷却通道2-2的上方设有均流板3-5，均流板3_5由开有若干个均勻分布的圆形小孔3-5-1的耐热钢板制成。单一气流经过均流板后，变为相互平行的多股气流，使冷却效果更均勻。参照图5和图6，放射型取样装置4，由顶板4-1、耐火纤维4-2、四条钢管4-3、底板4-4和压盖4-5构成，顶板4-1通过钢管4-3与底板4_4固定连接，所述耐火纤维4_2设置在顶板4-1与底板4-3之间，压盖4-5易拆装式安装在顶板4-1上；在顶板4_1、耐火纤维4-2、底板4-5上分别设有十字槽4-6及位于十字槽4-6中心的通孔4_7，十字槽4_6与通孔4-7从上到下贯穿顶板4-1、耐火纤维4-2、底板4-4 ；放射型取样装置4的压盖4_5形成热模拟炉的炉塞。所述耐火纤维4-2的压缩量为30% 40%。各钢管4-3均勻分布在顶板4-1与底板4-4之间；各钢管4-3的一端分别与顶板4-1焊接、另一端分别与底板4_4 焊接。钢管既作为结构件，也可能作为插热电偶的通道。所述底板4采用耐热钢制成。所述压盖4-5由多块纤维块组合而成，各纤维块可以单独分拆。当取试样时，可以拿开其对应的一块。取样完毕，重新盖上。起到更大可能的保温作用。所述发热元件5采用高温合金材料制成。在缓慢的降温过程中，发热元件参与控制，温度补偿与冷却同时进行。均勻布置于炉膛外侧，提供均勻的温度场。所述热电偶6为铠装热电偶，热响应快，比非铠装偶能更迅速反映炉内温度。热电偶6从炉壳1、炉衬2中部插入加热室，接近均热屏3。所述冷却管路7共分三路，分别与均热屏冷却风道3-4、炉村及发热元件冷却通道 2-1、工件冷却通道2-2连通。各路冷却能力不一样。可满足不同冷却速度的需要。直接冷却工件，冷速最快。冷却马弗罐，速度次之。冷却炉膛冷速较慢。在冷却管路7上设有压力控制元件和流量控制元件。各路冷却方式以及加热方式可单独使用；也可组合使用，灵活多变。冷速速度准确可控。
参照图7，所述控制装置包括人机界面8-1、PLC8-2、控温仪表8-3、电力调整器 8-4、变频器8-5、鼓风机8-6和执行阀8-7 ；人机界面8_1的信号输入/输出端与PLC 8-2 的信号输入/输出端之一连接，人机界面8-1与PLC8-2的信号输入/输出端之间的连接处与控温仪表8-3信号输入端连接，PLC8-2的信号输入/输出端之二与控温仪表8-3的信号输入/输出端连接；PLC8-2的反馈信号输入端与热电偶6的反馈信号输出端连接；PLC 8-2 与控温仪表8-3的信号输入/输出端之间的连接处与电力调整器8-4的信号输入端连接， 电力调整器8-4的信号输出端与发热元件5的信号输入端连接；PLC8-2的信号输出端之一与执行阀的信号输入端连接，PLC8-2的信号输出端之二与变频器8-5的信号输入端连接； 变频器8-5的信号输出端与鼓风机8-6的信号输入端连接；鼓风机8-6的出风口与冷却管路7的进风口连接、执行阀8-7安装在冷却管路7上。采用计算机作为人机对话窗口，操作员通过人机界面对炉子进行操作和监控，计算机通过RS458串口与控温仪表和PLC通讯，控温仪表和PLC接收来自计算机的操作参数和指令来执行控制下位机的控制元件，同时将炉子的运行状态反馈给计算机；电力调整器根据控温仪表的给定信号调整电力输出，实现加热控制功能；PLC按照计算机设置的参数和操作指令控制变频器和执行阀的开与关以及调节其输出量的大小，实现炉子冷却控制功能。人机界面的主要用途是参数设置、逻辑操作、状态监测、数据记录及历史报表。可以通过本系统预先制定一个和多个生产工艺，启动后系统将自动根据预先制定的工艺曲线进行加热和冷却，生产工艺的温度和时间以及变化斜率可以在允许范围内自由设置。控温仪表采用日本理化原装高精度PID控制器，具有自动PID调谐功能，温度控制精度高、工作稳定等特点；有高清新的LED显示窗口，在计算机故障时可以切换到手动操作，避免工艺执行过程中由于计算机故障时导致工艺停止或工件报废的事故；PLC集成了其他的参数采集、异常连锁、系统指令输出等功能，工作稳定、接线简单、控制调试方便；电力调整器、变频器和执行阀都采用模拟量调节，调节线性好、控制灵活。热模拟炉工作原理选择炉子的运行工艺并启动炉子后，炉子会根据当前执行的工艺段和当前的设备状态自动判别加热或冷却，同时按照设置的运行工艺时刻调整控温仪表和PLC的工作状态，计算机每个扫描周期都刷新监测和调整仪表及PLC的设置及工作状态。在工艺执行的过程中，计算机根据制定好的工艺曲线，不断地更新仪表和PLC的设置，每次更新的设置温度等于下一温度段数值减去前一温度段数值后除以该温度段执行的时间，gp ΔΤ = (T’-T)/t，如当T’-T >0为升温过程，T’-T = O为温度保持阶段；T’-T < 0为冷却过程，仪表会根据设置的温度参数进行精确控制加热的输出；在不同的温度阶段下系统会自动将不同的PID参数设置到仪表中，以适应高中低温度不同的PID参数要求， 使得温度控制更加准确。炉罐内外有一定的温差和滞后，若以炉罐外部的温度为准，外部温度达到设定温度后，炉罐内部温度就还达不到工艺温度；若以炉罐内部的温度为准，则内部温度达到设定温度时，炉罐外部温度已经超出了目标的温度，所以我们采取了炉罐内部控制温度，炉罐外部作为保护，在炉罐内外两个温度之间设置一个偏差范围，当炉罐外部温度超出这一个设置的偏差值后，炉子会停止输出加热，由炉罐外部的温度辐射到炉罐内部，当炉罐外部温度下降后，炉子从新输出加热，如此反复运行直到炉罐外部的温度到达设置温度值，这样保证了工艺温度，同时也保护了炉子的工作性能，避免温度超高损坏设备。1升温原理
以某一升温阶段为例，说明升温原理，从200°C升至400°C的升温段，用时50分钟， 然后在400°C—直保温。每IS上升上升的温度值为At= (400-200)/(50*60) = 0. 05°C / S，那么计算机就以这个升温速率对温控表和PLC的设定温度不断地刷新。温控表和PLC设置值每IS就增加0. 05°C，50分钟就能达到400°C，实际温度将会紧随着设定温度而上升。 从炉体内部的热电偶反馈回来的实际温度会读到PLC内并显示在计算机中。炉罐内部温度(工件表面温度)主要是受炉罐外部温度(发热体的温度)辐射， 所以炉罐内部温度在升温过程中总是滞后于炉内温度，而我们要求的是炉罐内部的温度， 所以炉罐外部使用了了一个温度限制的功能，当炉罐外部温度超出一定范围后，自动停止加热输出，当温度小于一定的偏差值后，自动输出加热，反复重复执行使得炉罐外的温度也在个稳定的范围内波动，将炉内温度尽可能的贴近设定的温度，同时也避免炉罐外温度超出太高损坏设备。参照图8，图中，曲线1为炉罐外温度，曲线2为炉罐内温度，曲线3为设置温度。实际温度与实时的设定温度PID运算中，系统会根据设置的温度值自动判断所启用的PID参数组，使得是输出刚好处理临界阻尼状态。如图所示，系统不会因调用高温段的 PID参数组导致欠阻尼，产生温度过冲及荡动不稳定；不会因启动了低温段的PID参数组导致过阻尼，导致温度难以到达设置值。参照图9，图中，曲线1表示欠阻尼状态，曲线2表示临界阻尼状态，曲线3表示过阻尼状态。2降温原理在冷却过程中当冷却速率小于炉子自然冷却速率，炉子将会自动开启加热功能进行保温，当冷却速率大于炉子自然冷却速率时，炉子将会关闭加热功能，开启冷却风机对炉子进行冷却，冷却量的大小可以通过调节阀门的开度和风机的频率实现。炉子根据冷却速率的定义缓冷、慢冷、快冷、急冷四个速率，不同的冷却速率控制开启不同冷却风门，缓冷时需要加热保温，慢冷时我们对炉罐璧进行冷却，快冷时同时对炉罐璧进行冷却和发热体冷却，急冷不仅对炉罐璧进行冷却和发热体冷却同时直接对工件冷却。在每个冷却温度曲线的转接点，我们采取超前和滞后以及软开启或软关闭的措施，保证炉子温度过度更加平滑和贴近设定值。参照图10，图中，曲线1表示温度下降节点采用了加热超前软关闭和冷却滞后软开启，温度保持节点采用了加热超前软开启和冷却超前软关闭；曲线2表示加热和冷却硬开启及关闭；曲线3表示加热和冷却滞后。具体实施例2 本实施例的特点所述均热屏冷却风道3-4的数量为二条、三条、四条、五条、六条、七条、九条、十条或十二条。其他与具体实施例1相同。具体实施例3:本实施例的特点所述炉村及发热元件冷却通道2-1的数量为二条、三条、四条、 五条、六条、七条、九条、十条或十二条。其他与具体实施例1相同。
其他实施例 第一空心法兰3-2的进气腔3-2-1的进气孔32_la的数量为二个、三个、四个、五个、六个、七个、九个、十个或十二个。所述钢管4-3的数量为三条、五条、六条、七条或八条。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是1)包括炉壳(1)，设置在炉壳(1)内的炉衬O)，设置在炉村O)内腔的均热屏(3)、设置在均热屏(3)顶部开口处的放射型取样装置G)，以及发热元件(5)、热电隅(6)、冷却管路(7)和控制装置；均热屏C3)的外壁设置若干条均勻分布的均热屏冷却风道(3-4)、构成具有冷却结构的均热屏；2)在炉衬(2)与均热屏(3)之间形成加热室(11)；在炉衬(2)的底壁上设有炉村及发热元件冷却通道0-1)、工件冷却通道0-2)，炉村及发热元件冷却通道(2-1)连通加热室 (11)，工件冷却通道(2-2)连通均热屏(3)的内腔；均热屏冷却风道(3-4)的入口连接冷却管路(7)之一，炉村及发热元件冷却通道的入口连接冷却管路(7)之二、工件冷却通道(2-2)连通冷却管路(7)之三，冷却通道与加热室(11)连通，工件冷却通道(2-2) 与均热屏(3)的内腔连通；3)发热元件(5)、热电隅(6)分别设置在加热室(11)中；发热元件( 的控制输入端、 冷却管路(7)的控制输入端和热电偶(6)的输出端分别与控制装置的一个输入/输出端连接；由控制装置控制所述发热元件构成加热控制结构，由控制装置控制冷却管路(7)构成冷却控制结构；热电偶(6)的信号输出端与控制装置的反馈信号输入端连接，由热电偶(6) 检测炉内温度并反馈信号到控制装置构成闭环控制结构；由放射型取样装置(4)构成可中途取样结构。
2.根据权利要求1所述的具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是1)所述均热屏(3)由均热屏壳体(3-1)、固定安装在均热屏壳体(3-1)顶部的第一空心法兰(3-2)构成；第一空心法兰(3-2)的内腔分隔成进气腔(3-2-1)、隔热腔(3-2-2)； 在进气腔(3-2-1)的侧壁上设有若干个均勻分布的进气孔(3-2-la)，在隔热腔(3_2_2)中设有保温棉(3-3)；在均热屏壳体(3-1)的外壁上设有若干个均勻分布的均热屏冷却风道 (3-4)，均热屏冷却风道(3-4)的进风口(3-4-1)与进气腔(3-2-1)连通；2)在炉壳(1)顶部设有第二空心法兰(9)，第二空心法兰(9)的内腔分隔成进气腔 (9-1)和排气腔(9-2)，排气腔(9-2)位于进气腔(9-1)的外侧，进气腔(9-1)的进气孔与冷却管路(7)的出气口连接，排气腔(9-2)的出气口外接空气；3)第一空心法兰(3-2)与第二空心法兰(9)之间形成锥面配合，第一空心法兰(3-2) 的进气腔(3-2-1)的进气孔(3-2-la)与第二空心法兰(9)的进气腔(9_1)的出气孔连通，第一空心法兰(3-2)的均热屏冷却风道(3-4)的出风口与第二空心法兰(9)的排气腔 (9-2)连通。
3.根据权利要求1所述的具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是放射型取样装置(4)，由顶板(4-1)、耐火纤维(4- 、若干个钢管(4- 、底板(4-4)和压盖(4- 构成，顶板(4-1)通过若干根钢管(4- 与底板(4-4)固定连接，所述耐火纤维 (4-2)设置在顶板与底板(4- 之间，压盖(4- 易拆装式安装在顶板(4-1)上；在顶板G-1)、耐火纤维G-2)、底板(4- 上分别设有十字槽(4-6)及位于十字槽G-6)中心的通孔(4-7)，十字槽(4-6)与通孔(4-7)从上到下贯穿顶板(4-1)、耐火纤维(4-2)、底板G-4)；放射型取样装置(4)的压盖(4- 形成热模拟炉的炉塞。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是所述控制装置包括人机界面(8-1)、PLC(8-2)、控温仪表(8-3)、电力调整器(8-4)、变频器(8-5)、鼓风机(8-6)和执行阀(8-7)；人机界面(8_1)的信号输入/ 输出端与PLC(8-2)的信号输入/输出端之一连接，人机界面(8-1)与PLC(8-2)的信号输入/输出端之间的连接处与控温仪表(8-3)信号输入端连接，PLC(8-2)的信号输入/输出端之二与控温仪表(8-3)的信号输入/输出端连接；PLC(8-2)的反馈信号输入端与热电偶 (6)的反馈信号输出端连接；PLC(SI)与控温仪表(8-3)的信号输入/输出端之间的连接处与电力调整器(8-4)的信号输入端连接，电力调整器(8-4)的信号输出端与发热元件(5) 的信号输入端连接；PLC(8-2)的信号输出端之一与执行阀的信号输入端连接，PLC(8-2)的信号输出端之二与变频器(8-5)的信号输入端连接；变频器(8-5)的信号输出端与鼓风机 (8-6)的信号输入端连接；鼓风机(8-6)的出风口与冷却管路(7)的进风口连接、执行阀 (8-7)安装在冷却管路(7)上。
5.根据权利要求1至3任一权利要求所述的具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是在均热屏(3)中位于工件冷却通道0-2)的上方设有均流板(3-5)， 均流板(3-5)由开有若干个均勻分布的圆形小孔(3-5-1)的耐热钢板制成。
6.根据权利要求1所述的具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是所述炉村及发热元件冷却通道的数量为二条、三条、四条、五条、六条、七条、八条、九条、十条或十二条。
7.根据权利要求2所述的具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是所述均热屏壳体(3-1)的形状为空心圆柱状，在均热屏壳体(3-1)上开有若干个均勻分布的排气孔(3-1-1)。
8.根据权利要求2所述的具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是所述均热屏冷却风道(3-4)由焊接于壳体均热屏壳体(3-1)的外壁上的折板构成，其左侧为进风口(3-4-1)，右侧为出风口(3-4-2)；所述均热屏冷却风道(9-4)的数量为二条、三条、四条、五条、六条、七条、八条、九条、十条或十二条。
9.根据权利要求2所述的具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，其特征是所述第一空心法兰(3-2)的进气腔(3-2-1)的进气孔(3-2-la)的数量为二个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或十二个；第一空心法兰(3-2)的冷却风道(3-4)的数量为二条、三条、四条、五条、六条、七条、八条、九条、十条或十二条。
10.根据权利要求3所述的所述的具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉， 其特征是所述钢管(4- 的数量为三个、四个、五个、六个、七个或八个，各钢管(4- 均勻分布在顶板(4-1)与底板(4-4)之间；各钢管(4- 的一端分别与顶板(4-1)焊接、另一端分别与底板(4-4)焊接。
全文摘要
本发明涉及具有加热/冷却可控结构及可中途取样的热模拟炉，包括炉壳，设置在炉壳内的炉衬，设置在炉村内腔的均热屏、设置在均热屏顶部开口处的放射型取样装置，以及发热元件、热电隅、冷却管路和控制装置；均热屏的外壁设置若干条均匀分布的均热屏冷却风道、构成具有冷却结构的均热屏。本发明炉包含带十字取样结构的炉塞、带空心法兰及冷却管路的均热屏，具有以下特点可配套计算机进行数值模拟生产、加热速率可精确控制、冷却速率可精确控制、冷却速度调节范围大、可于各个阶段中可以取试样作测试，试样量大，不影响炉内温度场、炉内温度均匀性好、升降温时可对工件表面和内部温度进行监控。
文档编号F27B17/02GK102305539SQ201110204099
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月21日 优先权日2011年7月21日
发明者潘健生, 王婧, 王桂茂, 董小虹, 陈志强 申请人:广东世创金属科技有限公司